Главная
страница 1страница 2страница 3
скачать файл




Тема 1.11 Основи електропривода.


  1. Поняття про електропривод.

В усіх галузях народного господарства для виконання технологічних і інших виробничих операцій застосовують численні машини — знаряддя, або робочі машини і механізми різного призначення (металорізальні верстати, прокатні стани, підйомно-транспортні механізми, насоси, вентилятори, молотарки, зерноочисні, борошномельні, швейні, взуттєві і т.д.).

Робоча машина приводиться в рух машиною-двигуном за допомогою передавального механізму (муфти, зубцюватого редуктора, пасової передачі і т.п.). Машина-двигун і передавальний механізм поєднують загальною назвою привід.

В даний час більшість робочих машин надають руху електродвигунами і відповідно такий привід називають електричним. Сучасне виробництво в більшості випадків вимагає того або іншого ступеня автоматизації електроприводів, починаючи з відносно простих операцій дистанційного пуску і зупинки і кінчаючи виконанням функцій регулювання і керування складними взаємозалежними комплексами різних виробничих механізмів. Автоматичне керування електроприводами, що складає основу автоматизованого виробництва, має велике народногосподарське значення.


  1. Вибір двигуна по механічних характеристиках.

Переваги електропривода в порівнянні з іншими типами приводу (із застосуванням двигунів внутрішнього згоряння, парових і гідравлічних турбін і т.д.) зв'язані з позитивними властивостями електродвигунів: діапазон потужностей, на які будують електродвигуни, досить широкий — від декількох ватів до десятків тисяч кіловат; частоту обертання електродвигунів можна регулювати в широких межах (у відношенні 1:100 і більш); механічні характеристики електродвигунів задовольняють усім вимогам робочих машин; керування електродвигунами дуже просте і не жадає від оператора великих фізичних зусиль; електродвигуни дають можливість у високому ступені автоматизувати виробничі процеси.

Однак з цього не випливає, що всі питання електропривода вирішуються просто, тому що функції робочих машин, їхньої конструкції, умови роботи, а отже, і вимоги до приводу дуже різноманітні.

Механічні характеристики електроприводів. При вивченні електричних машин для кожного типу електродвигуна була розглянута його механічна характеристика n = f(М) — залежність частоти обертання від обертаючого моменту.

Аналогічними залежностями n=f(MС) характеризуються робочі машини з тією лише різницею, що по осі абсцис відкладають величини моменту опору, приведеного до вала двигуна.

Унаслідок великої розмаїтості виробничих механізмів різні і їхні механічні характеристики, але проте їх можна об'єднати в чотири основні групи (мал.1).


  1. Момент опору не залежить від швидкості (пряма 1). Такого типу механічну характеристику мають піднімальні

Рис.1

крани, лебідки, механізми подачі

металорізальних верстатів, конвеєри з постійною масою матеріалу, що пересувається, і т.п. До цієї групи можна віднести всі механізми, у яких момент опору створюється в основному силами тертя, що мало міняються в робочих межах зміни швидкості.

2. Момент опору збільшується по лінійному законі з збільшенням швидкості (пряма 2). Прикладом такої залежності є механі­чна характеристика генератора постійного струму з незалежним збудженням, якщо до нього як навантаження підключ­ено приймач електричної енергії з постійним опором.

3. Момент опору змінюється назад пропорційно швидкості (крива 3). Таку механічну характеристи­ку мають деякі металорізальні верстати (токарські, фрезерні й ін.), моталки в металургійній промисловості й ін.

4. Момент опору збільшується по нелінійному (параболічному) законові зі збільшенням швидкості (крива 4). По­дібну механічну характеристику мають вентилятори, цен­тробіжні насоси, гребні гвинти і т.д.

Вибір електродвигуна по механічних характеристиках. При виборі типу електродвигуна до даної робочої машини необхідно насамперед перевірити відповідність один одному їхніх механічних характеристик, що забезпечує усталену роботу приводу.

На мал.1 разом з типовими механічними характеристиками робочих машин показана механічна характеристика двигуна постійного струму паралельного збудження (пряма 5). Вона перетинає криву 4 у крапці а, що відповідає усталеній роботі приводу з частотою обертання п1, при рівності моментів: МД1=МС1.

При зміні навантаження на валові двигуна рівність моментів порушиться, що спричинить за собою поступову зміну частоти обертання. Наприклад, при збільшенні навантаження до МС2 д2 < МC2) частота обертання зменшується, а момент двигуна збільшується і цей перехідний процес закінчиться, коли рівність моментів відновиться Д2 = МС2) при частоті обертання n2 (n2

Для вибору типу електродвигуна важливе значення мають вимоги виробничого механізму в частині регулювання швидкості приводу. Можна назвати чимало робочих машин, швидкість яких залишається практично постійної (механізм пересування піднімального крана, вентилятор і ін.). Для приводу подібних робочих машин відповідає електродвигун із твердою механічною характеристикою.

В інших випадках, наприклад, більше підходить м'яка механічна характеристика електродвигуна.

Деякі виробничі механізми вимагають точної синхронізації обертання окремих частин або автоматичної зміни частоти обертання двигуна.



Вибір конструктивного типу електродвигуна. Електродвигуни виготовляють, з огляду на: спосіб сполучення їх з робочими машинами (горизонтальне або вертикальне розташування вала, фланцеве кріплення, на стоякових або щитових підшипниках і т.д.); спосіб захисту від впливу навколишнього середовища; спосіб охолодження (вентиляції).

Для того щоб конструкції електродвигунів найбільше повно відповідали умовам навколишнього середовища, приміщення, де вони можуть бути встановлені, розділені на наступні типи: сухі опалювальні; сухі неопалювані; відкрите повітря; сирі; курні різних категорій; сирими і курні; з їдкими парами і газами; пожежонебезпечні; вибухонебезпечні.

Відповідно до цієї класифікації приміщень і з метою захисту від несприятливого або навіть шкідливого взаємного впливу електродвигунів і навколишнього середовища виготовляють наступні конструктивні типи електродвигунів: відкриті (без спеціальних пристосувань, що закривають обертові і струмоведучі частини); захищені (із пристосуваннями для захисту від влучення усередину електродвигуна дрібних предметів); вологозахищені (із пристосуваннями, що перешкоджають влученню усередину електродвигуна крапель, бризів, бруду); закриті (із природним охолодженням через зовнішню поверхню корпуса); закриті що обдуваються (з охолодженням за допомогою обдування поверхні корпуса вентилятором, установленим на валові електродвигуна); закриті що продуваються (з охолодженням за допомогою продування повітря усередині електродвигуна окремим вентилятором); вибухобезпечні (з підвищеною міцністю корпуса, що забезпечує локалізацію можливого вибуху тільки усередині електродвигуна); герметичні (з повною ізоляцією внутрішньої частини електродвигуна від навколишньої середовища).

Крім перерахованих типів виготовляють електродвигуни з противосирістною і противокислотною ізоляцією; електродвигуни в тропічному виконанні (для роботи в умовах пекучого вологого клімату при температурі навколишнього середовища 50 °С и відносної вологості повітря 95 %).

При виборі електродвигуна потрібно враховувати і його економічні показники: к.к.д., cosφ, вартість, габарити і масу, надійність в експлуатації й ін.



  1. ВИБІР ЕЛЕКТРОДВИГУНІВ ПО ПОТУЖНОСТІ

Значення правильного розрахунку потужності електродвигуна велике, тому що від цього в значній мірі залежать технічні й економічні показники роботи електропривода.

При установці електродвигуна завищеної потужності збільшуються капітальні витрати, знижуються к.к.д. двигуна, коефіцієнт потужності (в установках змінного струму), збільшується непродуктивне навантаження електричної мережі.

Недостатня потужність електродвигуна є причиною зниження продуктивності робочої машини, а систематичне перевантаження електродвигуна веде до передчасного виходу його з ладу і навіть несуть можливість аварії.
2.1 Нагрівання й охолодження електродвигунів.

У роботі електродвигун нагрівається за рахунок втрат енергії в ньому. Припустимо, що навантаження електродвигуна і потужність утрат постійні, тобто кількість теплоти, виділюваної в двигуні в одиницю часу, не міняється (Q1=const).

Частина цієї теплоти Q2 передається навколишньому середовищу, якщо температура двигуна перевищує температуру середовища. Приймаючи тепловіддачу пропорційної різниці температур двигуна і середовища, можна представити процес нагрівання двигуна: температура його θ росте до деякої сталої величини (θвст), при якій кількість теплоти, переданій навколишньому середовищу, дорівнює кількості теплоти, виділюваної в двигуні за рахунок втрат енергії (Q1 = Q2 при θ = θвст ). Графік зміни температури двигуна в процесі нагрівання показаний на мал.2 (крива 1).

Якщо електродвигун, нагрітий у період роботи, відключений від мережі, то він поступово прохолоджується (графік 2 на мал.2), тому що теплота в ньому не виділяється (Qi=0), а в навколишнє середовище передається (Q2≠O). При цих умовах температура двигуна зменшується доти, поки не зрівняється з температурою навколишнього середовища.

Величина припустимої температури (θДОП) електродвигуна залежить від властивості ізоляційних матеріалів, використаних у його конструкції.

По нагрівостійкості електроізоляційні матеріали поділяють на кілька класів (А, Е, В, Г, Н, С). Ізоляція класу А (бавовняні тканини, пряжа, папір і т.п.) має припустиму температуру 105 °С, а ізоляція класу С (слюда, шкло, кераміка і т.п.) допускає граничну температуру 180 °С. Інші класи займають проміжні положення по нагрівостійкості, і це варто враховувати при виборі електродвигунів для заданих умов роботи і їхньої експлуатації.


Рис. 2


Рис. 3



    1. Вибір електродвигунів по потужності.

Для вибору електродвигуна по потужності необхідно зіставити потрібну (розрахункову) потужність робочої машини PР з номінальною потужністю електродвигуна РНом. Електродвигун вибирають по каталозі відповідно до умови, по якому його номінальна потужність повинна дорівнювати або бути трохи більшою потрібної потужності робочої машини:



(1)
Умовами роботи виробничих механізмів визначаються режими роботи електродвигунів, що по прийнятій класифікації розділені на вісім груп. З них розглянемо три режими.

1. Тривалий режим. У цьому режимі тривалість роботи така, що всі частини електродвигуна нагріваються до сталої температури (θвст на мал.2). Навантаження в тривалому режимі можуть бути постійні або змінної, що видно на мал.3, де показані приклади навантажувальних діаграм тривалого режиму: графік 1 — з постійним навантаженням, графіки 2, 3 — з змінним навантаженням. На навантажувальних діаграмах виражають у залежності від часу потужність Р — f (t) (графік 2), струм I = f (t) (графік 3) або момент M = f (t).

З постійним тривалим навантаженням працюють електроприводи центробіжних насосів і вентиляторів, окремих типів конвеєрів і трансформаторів і деяких інших машин.

У цьому випадку потрібна потужність може бути безпосередньо зазначена на навантажувальній діаграмі або її визначають по формулах, кожна з яких відповідає даному типові робочих машин.

У якості приклада далі приведені формули, по яких

знаходять потребну потужність PР, для насоса




і для вентилятора

У цих формулах: v — продуктивність насоса або вентилятора, м3/с; γ — щільність рідини, що перекачується, кг/м²; Н - розрахункова висота підйому рідини, м; g = 9,8 м/с2 — прискорення вільного падіння; Р—тиск на виході вентилятора, ηН; ηВ — к.к.д. насоса або вентилятора; ηПк.к.д. механічної передачі.

У режимі тривалого перемінного навантаження працюють електродвигуни приводу повздожно-стругальних верстатів, ескалаторів, і т.д.

Відповідно до навантажувальної діаграми навантаження двигуна безупинно змінюється, тому змінюється і температура двигуна. Однак процеси нагрівання й охолодження двигуна мають велику інерцію, тому припустимо фактичний графік замінити усередненим.

Розрахунки, необхідні для вибору двигуна по потужності, найчастіше виконують методом еквівалентних величин (струму, моменту, потужності).

Еквівалентний струм IеК — постійна величина струму, при якій потужність втрат у двигуні чисельно така ж, як при фактично змінючемося струмі навантаження.

Значення еквівалентного струму IеК визначають у наступному порядку: навантажувальну діаграму поділяють на п ділянок (чим більше п, тим точніше розрахунок); у межах тривалості tn кожної ділянки значення струму приймають постійним, рівним деякому середньому значенню In.

Еквівалентний струм визначають по формулі



Двигун по каталозі вибирають за умовою IНОМ>IЕК. Еквівалентна потужність Рек або еквівалентний момент визначають у такому ж порядку і по аналогічних формулах, у які замість струму вводять усереднені на кожній ділянці величини потужності Рn або моменту Мл.



2. Короткочасний режим. У даному випадку періоди роботи з постійним навантаженням (мал.4) чергуються з періодами
відключення електродвигуна, причому в періоди роботи темпе­ратура його не досягає сталого значення, а періоди зупинки настільки тривалі, що двигун прохолоджується до температури навколишнього середовища. У такому режимі працюють, наприклад, електроприводи розвідних мостів, шлюзів і ін.

Для короткочасного режиму заводи випускають електродвигуни спеціального виконання з нормованою тривалістю роботи 10, 30, 60, 90 хв. При незмінному короткочасному навантаженні електродвигун вибирають також за умовою (1) з урахуванням фактичної тривалості роботи.

Якщо дійсний час роботи відрізняється від нормованого або замість двигуна спеціального хочуть використовувати двигун, розрахований для тривалого режиму роботи, то знаходять розрахункове навантаження, при якій електродвигун буде цілком використаний по нагріванню. Якщо момент і потужність двигуна пропорційні струму, а навантажувальна діаграма задана у формі залежності M=f (t) або P = f (t), то визначають еквівалентний момент або еквівалентну потужність.

3. Повторно-короткочасний режим. У цьому режимі періо­ди роботи при постійному навантаженні Рn(мал.5) чергуються


з періодами відключення (паузами), але тривалість їх
невелика, тому двигун не встигає нагріватися до установленої температури за час робочого періоду (tр) і­ охолоджуватися до температури навколишнього середовища за час паузи (tn).
Час циклу tц = tр+tn не перевищує 10 хв. Повторно-короткочасний режим характеризують потрібною потужністю Р n і відносною тривалістю включення ПВ% = 100tР/tц або ПВ % =tР/tц .

У такому режимі працюють електроприводи кранів, ліфтів і інших піднімальних механізмів, токарських, свердлильних і інших металообробних верстатів.


Рис.4 Рис.5


Для повторно-короткочасного режиму виготовляють особливі електродвигуни, розраховані на визначену номінальну потужність і стандартну відносну тривалість включення ПВ= 15, 25, 40 і 60 %.

При незмінному навантаженні під час робочого періоду електродвигун вибирають також за умовою (1), але при цьому враховують відхилення фактичної величини відносної тривалості включення (ПВф) від стандартної (ПВст).

У цьому випадку визначають розрахункову потребную потужність Рпр = РпПВф/ПВСТ, де Рп і ПВф — величини, знайдені по навантажувальній діаграмі, а ПВСТ — одна з номінальних величин, чисельно найближча до ПВф


  1. Схеми керування електродвигунами.

До функцій керування електроприводами відносяться: пуск у хід, регулювання швидкості руху, зміна напрямку обертання (реверсування), підтримка визначеного режиму роботи або зміна режимів по заданій програмі (наприклад, відповідно до вимог технологічного процесу), гальмування, зупинка і відключення.

У схемах керування електроприводами при необхідності передбачають також можливість виконання функцій захисту, блокування, сигналізації. Можуть бути введені: захист від коротких замикань і неприпустимих перевантажень електродвигуна і мережі електропостачання, надмірних відхилень напруги від номінальної величини, мимовільних включень і відключень електродвигуна; блокування, що запобігають неправильні по змісту і не відповідної заданої послідовності дії оператора, що забезпечують запрограмований порядок дії схеми керування.

У залежності від характеру і ступеня участі людини-оператора в процесі керування електроприводом розрізняють системи неавтоматичного (ручного), автоматизованого, автоматичного керування. Цим визначаються і типи апаратів у схемах керування.

скачать файл


следующая страница >>
Смотрите также:
1. 11 Основи електропривода
429.16kb.
Розділ 1 наукові основи безпеки життєдіяльності глава Теоретичні основи безпеки життєдіяльності 1 Предмет «Безпека життєдіяльності»
385.89kb.
Код модуля: пл 6048 С01 Тип модуля: обов’язковий Семестр
25.44kb.
1. Назва модуля: Туристично-плавальний збір
31.28kb.
Реферат з дісципліни "Основи економічної теорії" Тема: "Введення в курс "Основи економічної теорії" Виконал
398.8kb.
Адорно Т. Теорія естетики / Пер з нім. П. Таращук. К.: Основи, 2002. 518 с
20.89kb.
Науково-методичні основи гуманної педагогіки
79kb.
Стаття Законодавство України про загальнообов'язкове державне соціальне страхування та його завдання
212.36kb.
Звіт про науково-дослідну роботу фундаментальні основи соціально-економічної мотивації інноваційного розвитку регіону (заключний) Керівник ндч к ф. м н. Д. І. Курбатов Керівник ндр д-р екон наук, проф. О. В. Прокопенко 2012
2011.92kb.
Методичні вказівки до вивчення матеріалу тем дисципліни, варіанти індивідуальних завдань з прикладами розв’язання задач, контрольні запитання та література
24.75kb.
Курсова робота
325.23kb.
Основи роботи в середовищі табличного процесора (4)
46.11kb.